本发明涉及传感器、导航与定位技术领域，尤其涉及室内定位领域。
背景技术：
在基于位置服务需求日益增长的今天，全球定位系统(gps)已经能为人们提供精确的室外定位导航服务。但由于gps信号会受到建筑物等室内障碍的阻挡而衰减，因此其在室内的定位精度不足以提供定位服务。针对室内的特殊环境，研究者们提出了基于各种工具的定位解决方案，例如wifi，蓝牙，超宽带，zigbee和磁场等。在这些方法中，基于磁场的方法因其基础设施成本基本为零，且具有良好的定位可靠性而广受研究者们的青睐。目前，这种方法通常使用模式匹配来定位室内环境，其首先通过为室内环境预先存储磁指纹信息，然后在定位阶段将当前磁指纹信息与存储的磁指纹数据比较，以实现定位功能。
通常，用于室内定位的磁指纹的特征越多，匹配效果越好，但不幸的是，由于磁矢量是一个三维矢量，所以我们最多可以将磁矢量的三个特征作为一个磁指纹。此外，更不幸的是，由于载体姿态的获取复杂和精度不高，目前，大多数研究都只使用了磁场的模值作为磁指纹。也有少数研究利用加速度传感器将获取到的磁矢量的水平分量和垂直分量作为磁指纹，从而提高了定位精度。因此，如何获取磁矢量的三个特征，并将其作为一个磁指纹是目前提高定位精度的一个出发点。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供了一种基于地磁指纹匹配的室内定位方法，该方法在生成磁指纹时对磁场信息进行了处理，从而生成了精度更高的磁指纹。此外，该方法在磁地图构建时，利用了数据拟合和插值算法，从而大大简化了磁地图构建流程，同时在匹配定位时利用了用户终端提供的用户移动信息，从而生成了更高精度的磁指纹。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
基于地磁指纹匹配的室内定位方法，依次包括以下步骤：
a.磁地图构建/更新：用户终端获取室内环境图和室内磁指纹信息并将其提供给服务器，之后服务器通过磁地图构建算法生成磁地图，并将其存于服务器数据库中；
b.定位发起：当用户终端检测到用户有移动后，用户终端会生成当前位置的磁指纹和用户移动信息，同时向服务器发起定位请求，并且将磁指纹和用户移动信息交予服务器；
c.定位服务：服务器收到定位请求和用户数据后将启动定位算法进行定位，并且在完成定位运算后会将定位结果返回给用户终端；
d.结果显示：用户终端得到定位结果后，会将其显示到用户终端界面。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明利用相对精确的姿态信息来获取磁场的三轴信息，增强了磁指纹的特征数，从而为匹配定位方法提供了更为唯一的匹配数据，从而提高了定位精度。此外，相对与其他的定位方法，本方法在时间、财力的投入量上大大减小，充分利用了用户终端的便利性。最后，利用服务器实现磁地图存储和定位算法，大大简化了用户操作，提高了定位的实时性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于地磁指纹匹配的室内定位方法的流程示意图。
图2为本发明实施例提供的基于地磁指纹匹配的室内定位方法的利用imu传感器和磁场传感器来进行姿态估计方法的流程图。
图3为本发明实施例提供的基于地磁指纹匹配的室内定位方法的利用传感器数据进行位置估计的流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
图1为本发明实施例提供的基于地磁指纹匹配的室内定位方法的流程示意图。
如图1所示，本发明实施例提供的基于地磁指纹匹配的室内定位方法，依次包括以下步骤：
a.磁地图构建/更新：用户终端获取室内环境图和室内磁指纹信息并将其提供给服务器，之后服务器通过磁地图构建算法生成磁地图，并将其存于服务器数据库中。
其中，用户终端为具有惯性测量单元(imu)和测量磁场强度的三轴磁力计、具有数据处理能力且可与外界通信的移动设备，它可以包括智能手机、平板电脑、微型计算机等设备；室内环境图构建为具有唯一标识并带有划分区域位置戳的平面地图；磁地图构建为在室内环境图的划分位置戳上附有磁指纹的地图，且其由磁指纹数据进行拟合并插值构建。
b.定位发起：当用户终端检测到用户有移动后，用户终端会生成当前位置的磁指纹和用户移动信息，同时向服务器发起定位请求，并且将磁指纹和用户移动信息交予服务器。
其中，用户移动检测利用基于加速度计的步态检测算法实现，具体为：步数信息由检测加速度计的输出波峰或波谷值得到；步长信息由一个步长中加速度的最大和最小值训练得到；移动方向由磁力计和陀螺仪数据融合获得。
c.定位服务：服务器收到定位请求和用户数据后将启动定位算法进行定位，并且在完成定位运算后会将定位结果返回给用户终端。
其中，定位算法使用基于蒙特卡洛定位的粒子滤波算法(pf)和行人航迹推算(pdr)算法实现，并且输入数据中用户步态数据用作pf的运动模型，磁指纹作为测量模型。
d.结果显示：用户终端得到定位结果后，会将其显示到用户终端界面。
本发明中磁指纹的获取依次包括以下步骤：a.通过加速度计和陀螺仪数据的融合进行载体俯仰和横滚角的估计；b.通过磁力计和陀螺仪数据的融合进行载体航向角的估计；c.测量当前磁场值，并由解算得到的姿态角转换为的姿态矩阵计算得到磁指纹。
图2为利用imu传感器和磁场传感器来进行姿态估计方法的流程图，其详细介绍了用户终端姿态的解算流程。
如图2所示，1.俯仰角和横滚角由陀螺仪和加速度计融合获得：首先利用重力加速度得到初始俯仰角和横滚角；之后俯仰角和横滚角的计算由陀螺仪积分得到；最后，将加速度计测量值用作更新值，积分得到的值用作测量值，用卡尔曼滤波进行姿态求解。2.航向角由陀螺仪和磁力计融合获得：首先利用磁力计得到初始航向角；之后航向角的计算由陀螺仪积分得到；最后，将磁力计测量值用作更新值，积分得到的值用作测量值，用卡尔曼滤波进行姿态求解。其中尔曼滤波算法属于现有算法，此处不再赘述。
图3为利用传感器数据进行位置估计的流程图，其详细介绍了在一次请求定位中，用户终端和服务器的交互过程。其中粒子滤波算法属于现有算法，此处不在赘述。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.基于地磁指纹匹配的室内定位方法，其特征在于，依次包括如下步骤：a.磁地图构建/更新：用户终端获取室内环境图和室内磁指纹信息并将其提供给服务器，之后服务器通过磁地图构建算法生成磁地图，并将其存于服务器数据库中；b.定位发起：当用户终端检测到用户有移动后，用户终端会生成当前位置的磁指纹和用户移动信息，同时向服务器发起定位请求，并且将磁指纹和用户移动信息交予服务器；c.定位服务：服务器收到定位请求和用户数据后将启动定位算法进行定位，并且在完成定位运算后会将定位结果返回给用户终端；d.结果显示：用户终端得到定位结果后，会将其显示到用户终端界面。
2.根据权利要求1所述的基于地磁指纹匹配的室内定位方法，其特征在于，用户终端为具有惯性测量单元(imu)和测量磁场强度的三轴磁力计、具有数据处理能力且可与外界通信的移动设备，它可以包括智能手机、平板电脑、微型计算机等设备。
3.根据权利要求1所述的基于地磁指纹匹配的室内定位方法，其特征在于，磁指纹的获取依次包括以下步骤：a.通过加速度计和陀螺仪数据的融合进行载体俯仰和横滚角的估计；b.通过磁力计和陀螺仪数据的融合进行载体航向角的估计；c.测量当前磁场值，并由解算得到的姿态角转换为的姿态矩阵计算得到磁指纹。
4.根据权利要求3所述的基于地磁指纹匹配的室内定位方法，其特征在于，所述a的融合具体为：首先利用重力加速度得到初始俯仰角和横滚角；之后俯仰角和横滚角的计算由陀螺仪积分得到；最后，将加速度计测量值用作更新值，积分得到的值用作测量值，用卡尔曼滤波进行姿态求解。
5.根据权利要求3所述的基于地磁指纹匹配的室内定位方法，其特征在于，所述b的融合具体为：首先利用磁力计得到初始航向角；之后航向角的计算由陀螺仪积分得到；最后，将磁力计测量值用作更新值，积分得到的值用作测量值，用卡尔曼滤波进行姿态求解。
6.根据权利要求1所述的基于地磁指纹匹配的室内定位方法，其特征在于，室内环境图构建为具有唯一标识并带有划分区域位置戳的平面地图；磁地图构建为在室内环境图的划分位置戳上附有磁指纹的地图，且其由磁指纹数据进行拟合并插值构建。
7.根据权利要求1所述的基于地磁指纹匹配的室内定位方法，其特征在于，利用基于加速度计的步态检测算法实现用户移动检测。
8.根据权利要求1所述的基于地磁指纹匹配的室内定位方法，其特征在于，用户移动信息由用户步态信息和移动方向构成，并且步态信息由步态检测算法获得，且其包括步数和步长信息，移动方向由磁力计和陀螺仪数据融合获得。
9.根据权利要求1所述的基于地磁指纹匹配的室内定位方法，其特征在于，定位算法使用基于蒙特卡洛定位的粒子滤波算法(pf)和行人航迹推算(pdr)算法实现。
技术总结